【正文】 上的共軛極點(diǎn)，可知系統(tǒng)為臨界穩(wěn)定。考慮以下三階閉環(huán)系統(tǒng)，其模擬電路如圖所示。根據(jù)一項在1989年對日本電器測量儀器制造協(xié)會進(jìn)行過程控制系統(tǒng)狀態(tài)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，90%以上的控制環(huán)是PID控制類型[1]。如果這樣做，只會給其它工作增加復(fù)雜性，并給參數(shù)整定帶來困難。測量滯后是檢測元件在檢測時需要建立一種平衡，如熱電偶、熱電阻、壓力等響應(yīng)較慢產(chǎn)生的一種滯后。它適用于控制通道時間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場合。如：加熱型溫度控制、成分控制。積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控參數(shù)不允許有余差的場合。,I,D項選擇比例控制規(guī)律P：采用P控制規(guī)律能較快地克服擾動的影響，它的作用于輸出值較快，但不能很好穩(wěn)定在一個理想的數(shù)值，不良的結(jié)果是雖較能有效的克服擾動的影響，但有余差出現(xiàn)?，F(xiàn)在知道這只是最簡單的閉環(huán)控制算法。 PID控制要實現(xiàn)PID算法，必須在硬件上具有閉環(huán)控制，就是得有反饋。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。（2）積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。本次設(shè)計是在Keil μVision3環(huán)境下編程編譯，通過UEC5燒寫器，可以把程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)里。這種方法的實質(zhì)就是對照MCS—51指令編碼表，將源程序指令逐條地譯成機(jī)器碼，然后輸入到RAM重新進(jìn)行調(diào)試。如面板、顯示、打印、報警等等。 ④ 對擴(kuò)展的RAM、ROM進(jìn)行檢查調(diào)試。通過測試ALE信號，如沒有ALE信號，則判斷是晶體或CPU故障，這稱之為“心臟”檢查。這部分工作是一種經(jīng)驗性很強(qiáng)的工作，一般來說，設(shè)計制作的樣機(jī)不可能一次性完好，總是需要調(diào)試的。調(diào)試工作的主要任務(wù)是排除樣機(jī)故障，其中包括設(shè)計錯誤和工藝性故障。 ②通用性：在應(yīng)用程序設(shè)計中，為了節(jié)省內(nèi)存和具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，通常要求程序有一定的靈活性和通用性。換言之，要求整個應(yīng)用軟件必須在一個采樣周期內(nèi)處理完畢。 軟硬件折中問題軟件設(shè)計與硬件設(shè)計的統(tǒng)一性在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中，通常一個同樣的功能，通過硬件和軟件都可以實現(xiàn)，確定哪些由硬件完成，哪些由軟件完成，這就是軟件、硬件的折中問題。系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)是：管理整個控制系統(tǒng)的全過程，比如，POWERUP自診斷功能，KEY INPIT 的管理功能，PRINTER OUTPUT報表功能，DISPLAY功能等等。①邏輯電路間的接口及負(fù)載：在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，有時需要采用TTL和CMOS混合電路，由于二者要求的電平不一樣，因此一定要注意電流及負(fù)載的匹配問題。為了便于現(xiàn)場操作人員操作，單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計一個操作面板的要求：操作方便、安全可靠、并具有自保功能，即使是誤操作也不會給生產(chǎn)帶來惡果。 開關(guān)量的I/O接口設(shè)計由于開關(guān)量只有2種狀態(tài)“1”或“0”，所以，每個開關(guān)量只需一位二進(jìn)制數(shù)表示即可。 模擬量輸出通道的拓展模擬量輸出通道是單片機(jī)控制系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或控制設(shè)備）連接的紐帶和橋梁。但是當(dāng)被測參數(shù)為幾個相關(guān)量時，則需選用多路S/H，共享A/D形式。擴(kuò)展時，首先要注意單片機(jī)的種類；另一方面要把程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開。但在組成單片機(jī)系統(tǒng)時，擴(kuò)展若干接口仍是設(shè)計者必不可少的任務(wù)。例如串級PID就是人們經(jīng)常采用的控制方法之一。由于被控對象是復(fù)雜的，因此并非所有的系統(tǒng)均可求出數(shù)學(xué)模型，有些即使可以求出來，但由于被控對象環(huán)境的影響，許多參數(shù)經(jīng)常變化，因此很難進(jìn)行直接數(shù)字控制。一般多用實驗的方法測出系統(tǒng)的特性曲線，然后再由此曲線確定出其數(shù)學(xué)模型。選擇輸入/輸出通道及外圍設(shè)備。設(shè)計方法大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)是采用開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，或者是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計，包括系統(tǒng)的要求、控制方案的選擇，以及工藝參數(shù)的測量范圍等；選擇各參數(shù)檢測元件及變送器；建立數(shù)學(xué)模型及確定控制算法；選擇單片機(jī)，并決定是自行設(shè)計還是購買成套設(shè)備；系統(tǒng)硬件設(shè)計，包括接口電路，邏輯電路及操作面板；系統(tǒng)軟件設(shè)計，包括管理、監(jiān)控程序以及應(yīng)用程序的設(shè)計，應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計包含有硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分；系統(tǒng)的調(diào)試與試驗。 本章小結(jié)本章介紹了基于單片機(jī)的PID控制以及模糊算法研究背景和研究意義，并且提出了本論文的研究內(nèi)容，并對論文的結(jié)構(gòu)安排進(jìn)行了簡要說明。第三章研究常規(guī)PID控制的原理。由于常規(guī)PID 控制器不能在線整定參數(shù)；并且，常規(guī)PID 控制器對于非線性、時變的系統(tǒng)和模型不清楚的系統(tǒng)就不能很好的控制，其PID參數(shù)不是整定困難就是根本無法整定，因此不能得到預(yù)期的控制效果。原有的實驗箱單片機(jī)中，生產(chǎn)廠家只提供數(shù)字PID控制，而我們一般都希望單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)多種控制算法，例如模糊控制算法。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，PID控制，模糊控制AbstractThe main task of automatic control theory’s experiments is to help students master basic principles and methods of automatic control theory by experiment. Based on mastering various correction methods, it helps to enhance understanding and awareness towards control theory, to integrate theory with practice , and to enhance the analysis of problems and problemsolving abilities.The design is based on the original test case, according to the conventional PID control , to develop new fuzzy control experiments. They are cored by the MCU C8051F330, by using C language development environment and writing codes into the MCU. The algorithm bines conventional PID control and fuzzy control together, and uses fuzzy reasoning to optimize three PID parameters Kp, Ki and Kd for realtime according to different error e and error change rate of ec, only to achieve optimal control. Eventually fuzzy PID control algorithm is realized. Since the original MCU’s memory is limited , after a number of experiments ,two fuzzy control rule bases have been selected to do algorithm validation towards thirdorder plant. Experiments show that fuzzy control has increased system control performance obviously pared with conventional PID control. Keywords: MCU。實驗中的控制器為C8051F330單片機(jī)，通過上位機(jī)C語言開發(fā)環(huán)境，將代碼寫入單片機(jī)進(jìn)行控制。本設(shè)計是在原有實驗箱的基礎(chǔ)上，根據(jù)常規(guī)的PID控制，開發(fā)新型的模糊控制實驗內(nèi)容。由于原有單片機(jī)內(nèi)存的限制，在經(jīng)過多次實驗后，選取了兩個模糊控制規(guī)則表對搭建的三階被控對象進(jìn)行算法驗證，實驗表明模糊控制和原有常規(guī)PID控制比較，明顯提高了系統(tǒng)的控制性能?？刂破骶褪菃纹瑱C(jī)。至今，PID控制作為工業(yè)控制系統(tǒng)的經(jīng)典控制技術(shù), 在過程控制、伺服系統(tǒng)、生產(chǎn)機(jī)械自動化控制等各領(lǐng)域各行業(yè)中仍然是應(yīng)用最廣泛的基本控制技術(shù)。第二章介紹了單片機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試。第五章為本文總結(jié)。最后，還必須掌握生產(chǎn)過程的工藝性能及被測參數(shù)的測量方法，以及被控對象的動、靜態(tài)特性，有時甚至要求給出被控對象的數(shù)學(xué)模型?？傮w方案的設(shè)計主要是根據(jù)被控對象的任務(wù)及工藝要求而確定的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據(jù)被控對象的實際情況確定。所謂數(shù)學(xué)模型就是系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它表示系統(tǒng)輸入輸出及其內(nèi)部狀態(tài)之間的關(guān)系。計算機(jī)的主要任務(wù)就是按此差分方程計算并輸出控制量，進(jìn)而實現(xiàn)控制。通過各種組合，可以得到更圓滿的控制系統(tǒng)，以滿足各種不同控制系統(tǒng)的要求。 單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計盡管單片機(jī)集成度高，內(nèi)部含有I/O控制線，ROM，RAM和定時/計數(shù)器。 存儲器拓展由于單片機(jī)有四種不同的存儲器，且程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是分別編址的，所以單片機(jī)的存儲器容量與同樣位數(shù)的微型機(jī)相比擴(kuò)大了一倍多。多數(shù)系統(tǒng)都采用共享A/D和S/H形式。另外一個問題是A/D轉(zhuǎn)發(fā)器的選擇，設(shè)計時一定要根據(jù)被控對象的實際要求選擇A/D轉(zhuǎn)換器，在滿足系統(tǒng)要求的前提下，盡量選用位數(shù)比較低的A/D轉(zhuǎn)換器。對于那些需要接收模擬量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，則需要用D/A轉(zhuǎn)化，即把數(shù)字量變成模擬量后，再帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 操作面板操作面板是人機(jī)對話的紐帶，它根據(jù)具體情況，可大可小。 系統(tǒng)負(fù)載匹配系統(tǒng)中各個器件之間的負(fù)載匹配問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計一般分2類，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件設(shè)計。在可靠性要求較高的場合，可以設(shè)計看門狗電路，也可以設(shè)計軟件陷阱，防止程序跑飛。 應(yīng)用軟件的特點(diǎn)①實時性：由于工業(yè)過程控制系統(tǒng)是實時控制系統(tǒng)，所以對應(yīng)用軟件的執(zhí)行速度都有一定的要求，即能夠在被控對象允許的時間間隔內(nèi)對系統(tǒng)進(jìn)行控制、計算和處理。為了提